Публикация посвящается светлой памяти ушедшего от нас авдеевского радиолюбителя Николая US5IMU, который в свое время любезно предоставил автору этих строк материал для изготовления данной антенны.

В последнее время ситуация на рынке радиолюбительских радиостанций УКВ изменилась в лучшую, для нас, радиолюбителей, сторону. Сегодня FM радиостанция на 2-метровый диапазон стала доступна каждому. Ввиду этого стоит вопрос, какую антенну выбрать радиолюбителю, который впервые осваивает этот интересный диапазон? Ответов можно услышать много, но сегодня мы остановимся на всенаправленной штыревой антенне, внешний вид которой напоминает английскую букву J. Это антенна для начинающего, для дачи, для местных связей на УКВ.

Физику работы этой антенны подробно рассматривать не будем. Кто желает, может ознакомиться с ней в . Лишь отметим, что согласование антенны с линией передачи осуществляется с помощью четвертьволнового шлейфа, который эквивалентен катушке индуктивности и емкости.

Итак, переходим к практической части. Схематический вид антенны изображен на рисунке 1.

Рис. 1. Схематическое изображение J-антенны.

Используя формулы, приведенные на рисунке 1, или воспользовавшись готовым калькулятором в получим размеры антенны A, B, C и D.

Для частоты 145,5 МГц:

A = 148.29 (см)

B = 49.19 (см)

C = 4.63 (см) (для Rфидера=50 Ом)

Материал - медь или алюминий, трубка или проволока. Что есть под рукой. Мною был использован алюминиевый провод круглого сечения диаметром 9 мм. Единственно, нужно помнить о коэффициенте укорочения k, который связывает электрическую длину полотна антенны с ее геометрической длиной. Чем больше толщина проводника, тем больше это различие. Для того, чтобы не прогадать с длиной антенны, рекомендуется сделать размер B немного больше, а затем откусить лишнее в процессе настройки.

Настройка антенны производилась по КСВ метру. В моем случае использовался КСВ метр RS-40, изображенный на рисунке 2.

Рис. 2. Показания КСВ метра в режиме передачи.

Центральную жилу кабеля присоединяем на крокодилах к длинному элементу (A), а оплетку к короткому (B). И начинаем попеременно включать на передачу, смотря на КСВ метр и двигать крокодилы, добиваясь минимума КСВ на рабочей частоте. Включили, посмотрели на КСВ метр, выключили, передвинули крокодилы. В районе 4-6 сантиметров от перемычки должен быть минимум КСВ. Если не удается добиться КСВ близкий к 1,1-1,2, то стоит поиграться длиной B, откусывая по нескольку миллиметров. Во время измерений антенну рекомендуется положить между двумя спинками стульев, подальше от пола, окружающих предметов, и тем более металла.

После настройки, зажать кабель на болты с хомутами, проверить, не сбилась ли настройка, а затем залить контакты автомобильным или сантехническим герметиком.

Спустя несколько сантиметров от точки подключения рекомендуют намотать фильтр, представляющий собой 4-5 витков этого же кабеля на каркасе, к примеру, от 10 кубового шприца. Это несколько уменьшит затекание ВЧ токов на оплетку кабеля и снизит возможные помехи ТВ.

Кабель можно использовать любой 50-омный. В моем случае это маленький кусок метра 3-4 тонкого RG-58U от точки подключения антенна до балкона, а дальше через разъем около 25 метров толстого RG-8. Замечу, что чем толще кабель, тем, как правило, меньше его коэффициент затухания. Чем тоньше - тем потери полезного сигнала больше. С длиной кабеля подобная ситуация, чем длиннее кабель от антенны до трансивера, тем больше будут потери полезного сигнала. Другими словами, для минимизации потерь в кабеле стараемся придерживаться правила « чем кабель толще и короче, тем лучше».

Фотография моей антенны изображена на рисунке 3. Стоит уже второй год, пережила все ураганы, порывы и обледенения.

Рис. 3. Внешний вид j-антенны на мачте 5 этажного дома. Фотографировалось снизу.

Литература.

1. Карл Ротхаммель: Антенны. Том 2. Издание 11. Издательство Лайт ЛТД., 2007 г., стр. 103.

Александр US6IGL

Эксклюзивно для журнала РАДОН

УКВ антенны с J-согласованием

J-антенна (рис.1) давно и вполне заслуженно популярна среди радиолюбителей. Конструкция ее проста, она легко настраивается и согласуется с фидером любого сопротивления. Однако большие размеры (общая длина равна 0,75λ) затрудняет ее использование на КВ диапазонах. Зато в УКВ диапазонах она широко применяется. Как видно из рис.1, она представляет собой вибратор длиной λ/2, запитанный с конца через согласующее устройство, выполненное в виде четвертьволновой открытой линии, замкнутой на нижнем конце.

Высокое входное сопротивление полуволнового вибратора при питании с конца (несколько кОм) легко трансформируется к сопротивлению кабеля путем выбора расстояния от точки питания до замкнутого конца линии. Использование в качестве трансформатора открытой линии обеспечивает малые потери при больших коэффициентах трансформации. Усиление J-антенны - +0,25 дБд, т.е. слегка превосходит усиление диполя за счет излучения двухпроводной линии. Вертикальная J-антенна из-за неполной симметрии имеет небольшое излучение с горизонтальной поляризацией (рис.1а).

Модифицируем J-антенну, отогнув четвертьволновую линию на 90 градусов (рис.2).

Слегка подстроив размеры, нетрудно получить хорошее согласование и усиление 0 дБд. Однако у этого варианта антенны уже заметная часть излучения имеет горизонтальную поляризацию (рис.2а). Его вызывает синфазный ток в двухпроводной линии, играющего в J-антенне роль противовеса (токоприемника).

Добавим еще один полуволновый вибратор, подключив его к свободному концу двухпроводной линии (рис.3).

Конструкция теперь полностью симметрична в вертикальной плоскости, синфазный ток в двухпроводной линии отсутствует, как и излучение с горизонтальной поляризацией (рис.3а).

Этот вариант - коллинеарная антенна из двух полуволновых вибраторов с питанием через четвертьволновую замкнутую на конце линию. Эта антенна описана SM0VPO (1) на его сайте в статье "6 dB collinear VHF antenna by Harry Lythall - SM0VPO". Ее усиление - (около 2,4 дБд) получено за счет сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости. В горизонтальной плоскости диаграмма излучения круговая. Антенна конструктивно очень проста и может изготавливаться из одного куска прутка или трубки. Для сохранения ее симметрии кабель питания желательно подключать через симметрирующий трансформатор. SM0VPO использует симметрирующий трансформатор в виде U-колена, можно ограничиться и несколькими ферритовыми кольцами, одетыми на кабель вблизи точки питания антенны. Для краткости назовем ее Super-J антенной.

Какая дальнейшая модификация этой антенны возможна? Добавив к ней рефлекторы, получаем 2-элементную Super-J антенну (рис.4). Это уже направленная коллинеарная антенна. Ее усиление - +5,8 дБд.

Добавляя директоры, получаем 3-элементную Super-J антенну (рис.5). Усиление - +8 дБд.

Попытка добавить второй директор заметно увеличивает длину антенны, но дает прибавку в усилении всего 0,8 дБ. В чем преимущество этих антенн перед многоэлементными Yagi? При равной площади коэффициенты усиления у них примерно равны, но преимущества Super-J антенн - малая длина бумов и связанный с этим малый радиус поворота, удобство согласования. К недостаткам можно отнести необходимость использования диэлектрической мачты, хотя бы верхней ее части. На рис.6 приведены фотографии 3-элементной Super-J антенны на 2-метровый диапазон, выполненной из алюминиевого прутка диаметром 8 мм.

Рис.6. Общий вид 3-элементной антенны SuperJ.

Диэлектрическую мачту (например, стеклопластиковую) и изоляционную распорку можно располагать в промежутках между элементами (на рис.7 они показаны более жирными линиями).

Кабель питания лучше отводить горизонтально за рефлекторы и возвращать к мачте широкой петлей, подальше от концов рефлектора. На участке вблизи антенны на кабель желательно одеть ферритовые сердечники через 0,5 м.

Рис.8 Вид 3-х элементной Super-J антенны на мачте

Конструктивные размеры 3-элементной Super-J для частоты 145 МГц и 435 МГц приведены на рис. 9 и в таблице 1.

Размеры даны в сантиметрах и между осями проводников. Входное сопротивление в точке питания - 50 или 200 Ом. Если для симметрирования используется U-колено, оно трансформирует сопротивление фидера к 200 Ом, поэтому место подключения к двухпроводной линии будет несколько дальше от замкнутого конца. При этом размеры согласующего шлейфа немного изменяются (см. таблицу 1).

Таблица 1.

* -- размер уточняется при настройке.
D -- диаметр алюминиевых или медных проводников, из которых изготавливается антенна.

Для удобства настройки согласующее устройство рекомендуется выполнять с двумя "ползунами" (передвижными контактами): один, замыкающий двухпроводную линию, используют для настройки в резонанс, второй, подключающий фидер, для согласования на минимальный уровень КСВ. Это позволяет быстро настроить антенну, но после выбора положений "ползунов" нужно обязательно обеспечить надежный контакт (пайкой или болтами). От сопротивления контакта исключительно сильно зависит КПД антенны. Нелишне при этом помнить о недопустимости контакта медь-алюминий и защите контакта от влаги. Требования к сопротивлению контактов на разомкнутом конце J- колена, напротив, нестрогие, поскольку ток там минимален. Была изготовлена антенна на среднюю частоту 145 МГц из алюминиевого прутка диаметром 8 мм. Крепилась она к стеклопластиковой трубке диаметром 23 мм, используемой в качестве мачты. В качестве симметрирущего устройства использовалась ферритовая трубка, одетая на кабель вблизи точки питания антенны. Сначала была проверена одноэлементная антенна Super-J (рис.3). Было замечено, что при расположении антенны на деревянном столе параллельно земле и при вертикальном ее расположении настройки не совпадают. Поэтому настройку антенны необходимо проводить, установив ее вертикально. Достаточно, чтобы расстояние от нижних концов вибраторов до земли было около 0,5 м. Передвигая замыкающую перемычку вдоль двухпроводного шлейфа и двигая точки подключения кабеля (эти подстройки взаимозависимы) довольно просто удается согласовать антенну до КСВ<1,1 на желаемой частоте. полоса частот по уровню ксв<1,5 превышает 5 мгц. затем к мачте и активным вибраторам были прикреплены бумы, также выполненные из алюминиевого прутка диаметром 8 мм, поскольку не имелось под рукой диэлектрических трубок необходимой жесткости. в средней точке вибраторов напряжение близко к нулю, поэтому проводящий бум слабо влияет на характеристики антенны, что подтвердило предварительное моделирование. на бумах были установлены рефлекторы и директоры, длины которых выполнялись по расчету модели с помощью программы mmana. пассивные элементы резко снизили входное сопротивление антенны. однако слабо выраженный минимум ксв был найден. передвигая перемычку, и сдвигая точки подключения кабеля, нашли положение, когда минимум ксв соответствовал частоте 145 мгц и уровень ксв не превышал 1,2. длины вибраторов не регулировались. по сравнению с настройкой одноэлементной антенны настройка трехэлементной антенны значительно более острая и критичная. полоса по уровню ксв<1,5 составляла около 3 мгц. длина шлейфа оказалась несколько меньше, а расстояние от замкнутого конца шлейфа до точки питания кабелем с сопротивлением 50 ом несколько больше расчетных значений. работа антенны предварительно оценивалась в городских условиях (кругом были высокие здания, полностью закрывавшие горизонт) при расположении ее оси над землей на высоте всего 1,5 м. по сравнению с четвертьволновым автомобильным штырем она давала прирост сигнала на 2-3 балла при связях на расстояниях 10-50 км. направленность в горизонтальной плоскости была ярко выражена. общее впечатление - антенна работает. более аккуратные оценки работы антенны были сделаны на открытой местности в дачных условиях при подъеме антенны на мачту высотой 7 м. сравнивались антенна рис.6 и четырехэлементная антенна "квадрат" с вертикальной поляризацией (рис.10). антенны устанавливались на одной и той же стеклопластиковой мачте в одном и том же месте. использовался один и тот же кабель в качестве фидера и один и тот же трансивер. оценивалась работа по открытию и слышимости репитеров, расположенных на расстояниях от 30 до 100 км и оценкам корреспондентов при проведении qso в прямом канале на расстояниях до 70 км.

Рис.10. Антенна "4 квадрата", с которой сравнивалась антенна рис.6.

В большинстве случаев оценки были очень близкими. Если слышали "квадрат", так же слышали и SuperJ. Четырехэлементный "квадрат" имел более узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, поэтому его приходилось более точно направлять на корреспондента для получения максимальной оценки, Super-J почти не поворачивали. Общее впечатление - антенны имеют примерно равные усиления и хорошее подавление заднего лепестка. Испытуемая антенна в два раза легче "квадратов" и имеет существенно меньшие момент вращения и парусность. На рис.11-14 показаны элементы конструкции антенны.

Рис.11. Короткозамыкающая перемычка, узел подключения кабеля и симметрирующий ферритовый дроссель.

Рис.12. Узел крепления двухпроводной линии к мачте.

Рис.13. Узел крепления бумов к мачте.

Рис.14. Узел крепления элементов к бумам.

В приложении - файлы для моделирования описанных антенн: файлы MMANA

RU3ARJ Владислав Щербаков , [email protected]
Фотографии RW3ACQ Сергей Филиппов , [email protected]
_________
(1) SM0VPO в своей статье почему-то приводит усиление антенны относительно какого-то четвертьволнового хлыста (видимо, автомобильной антенны), откуда и берутся его 6 дБ.

Эта антенна давно и вполне заслуженно пользуется популярностью у радиолюбителей. Конструкция её проста, она легко настраивается и согласуется с фидером с любым волновым сопротивлением. Однако большие размеры (общая длина равна 0,75λ) затрудняют её использование на КВ-диапазонах. Зато в УКВ-диапазонах она применяется достаточно часто.

Рис. 1. Эскиз конструкции антенны

Антенна (рис. 1) представляет собой вибратор длиной λ/2, запитанный с конца через согласующее устройство, выполненное в виде четвертьволновой открытой линии, замкнутой на нижнем конце. Высокое входное сопротивление полуволнового вибратора при питании с конца (несколько килоом) легко трансформируется к волновому сопротивлению кабеля выбором оптимального расстояния от точек питания (Х1, Х2) до замкнутого конца линии. Использование в качестве трансформатора открытой линии обеспечивает малые потери при больших коэффициентах трансформации. Усиление J-антенны - +0,25 дБд, оно несколько превосходит усиление диполя (за счёт двухпроводной линии).

Вертикальная J-антенна из-за неполной симметрии имеет небольшое излучение с горизонтальной поляризацией (рис. 2).

Рис. 2. Параметры и диаграмма направленности

Модифицируем J-антенну, отогнув четвертьволновую линию на 90 градусов (рис. 3). Немного уточнив размеры, нетрудно получить хорошее согласование и усиление 0 дБд. Однако у этого варианта антенны уже заметная часть излучения имеет горизонтальную поляризацию. Его вызывает синфазный ток в двухпроводной линии, играющего в J-антенне роль противовеса (токоприёмника).

Рис. 3. Модифицированная конструкция антенны

Добавим ещё один полуволновый вибратор, подключив его к свободному концу двухпроводной линии (рис. 4). Получаем полностью симметричную конструкцию в вертикальной плоскости. Синфазный ток в двухпроводной линии отсутствует, как, впрочем, и излучение с горизонтальной поляризацией. Этот вариант - коллинеарная антенна из двух полуволновых вибраторов с питанием через четвертьволновую замкнутую на конце линию.

Рис. 4. Модифицированная конструкция антенны

Такая антенна описана SM0VPO на его сайте в статье "6 dB collinear VHF antenna by Harry Lythall - SM0VPO". Её усиление (около 2,4 дБд) получено за счёт сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости. В горизонтальной плоскости диаграмма излучения круговая. Антенна конструктивно очень проста и может изготавливаться из одного отрезка алюминиевого прутка или трубки. Для сохранения симметрии антенны кабель питания желательно подключать через симметрирующий трансформатор. SM0VPO использует симметрирующий трансформатор в виде U-колена. Можно ограничиться и несколькими ферритовыми кольцами, надетыми на кабель вблизи точки питания антенны.

Назовём эту конструкцию для краткости Super-J антенной. А какая возможна её дальнейшая модификация?

Рис. 5. Модифицированная конструкция антенны

Добавив в конструкцию рефлекторы, получим двухэлементную Super-J антенну (рис. 5). Это уже направленная коллинеарная антенна с усилением +5,8 дБд. А если добавить директоры, получаем трёхэлементную Super-J антенну (рис. 6) с усилением +8 дБд (рис. 7). Попытка добавить второй директор даёт прибавку в усилении всего 0,8 дБ, но заметно увеличивает длину антенны...

Рис. 6. Модифицированная конструкция антенны

Рис. 7. Параметры и диаграмма направленности

В чём преимущество этих антенн перед многоэлементными Yagi?

При равной площади коэффициенты усиления у них примерно равны, но преимущества Super-J антенн - малая длина бумов, связанный с этим малый радиус поворота и удобство согласования. К недостаткам можно отнести необходимость использования диэлектрической мачты, хотя бы верхней её части.

На рис. 8 приведена фотография трёхэлементной Super-J антенны на диапазон 144 МГц, выполненной из алюминиевого прутка диаметром 8 мм.

Рис. 8. Трёхэлементная Super-J антенна на диапазон 144 МГц

Диэлектрическая мачта (например, стеклопластиковая) и изоляционная распорка расположены в промежутках между элементами. На рис. 9 они показаны более жирными линиями. Кабель питания лучше отводить горизонтально за рефлекторы и возвращать к мачте широкой петлёй, подальше от концов рефлектора. На этом участке (вблизи антенны) через каждые 0,5 м на кабель желательно надеть трубчатые ферритовые магнитопроводы (от кабелей питания мониторов).

Рис. 9. Конструкция антенны

Аналогичную трёхэлементной Super-J антенну можно изготовить и на диапазон 430 МГц. В таблице и на рис. 10 приведены необходимые конструктивные размеры для частот 145 и 435 МГц. Размеры элементов и расстояние между их осями указаны в сантиметрах (D - диаметр алюминиевых или медных проводников, из которых изготавливается антенна). Входное сопротивление в точке питания - 50 или 200 Ом. Если для симметрирования используется U-колено, оно трансформирует сопротивление фидера к 200 Ом, поэтому место подключения к двухпроводной линии будет несколько дальше от замкнутого конца. При этом размеры согласующего шлейфа немного изменяются (см. таблицу).

Рис. 10. Конструктивные размеры

Таблица

Размеры элементов, помеченных звёздочкой, уточняются при настройке.

Для удобства настройки согласующее устройство рекомендуется выполнять с двумя передвижными контактами (ползунами): один, замыкающий двухпроводную линию, используют для настройки в резонанс, второй, подключающий фидер, - для согласования на минимальный уровень КСВ. Это позволяет быстро настроить антенну, но после выбора положений ползунов нужно обязательно обеспечить надёжный контакт (пайкой или болтами). От сопротивления контакта исключительно сильно зависит КПД антенны. Нелишне помнить о недопустимости контакта медь-алюминий и защите контакта от влаги. Требования к сопротивлению контактов на разомкнутом конце J-колена, напротив, нестрогие, поскольку ток там минимален.

Первоначально антенна была изготовлена по рис. 4 на среднюю частоту 145 МГц из алюминиевого прутка диаметром 8 мм. Крепилась она к стеклопластиковой трубе диаметром 23 мм, используемой в качестве мачты. В качестве симметрирующего устройства использовалась ферритовая трубка, надетая на кабель вблизи точки питания антенны. Её испытания показали, что при расположении антенны на деревянном столе параллельно земле и при вертикальном её расположении настройки не совпадают. Поэтому настройку антенны необходимо проводить, установив её вертикально. Достаточно, чтобы расстояние от нижних концов вибраторов до земли было около 0,5 м. Передвигая замыкающую перемычку вдоль двухпроводного шлейфа и двигая точки подключения кабеля (эти подстройки взаимозависимы), довольно просто удалось согласовать антенну до КСВ

Затем к мачте и активным вибраторам были прикреплены бумы, также выполненные из алюминиевого прутка диаметром 8 мм, поскольку под рукой не имелось диэлектрических трубок необходимой жёсткости. В средней точке вибраторов напряжение близко к нулю, поэтому проводящий бум слабо влияет на характеристики антенны, что подтвердило предварительное моделирование.

На бумах были установлены рефлекторы и директоры, длины которых выполнялись по расчёту модели с помощью программы MMANA. Двухпроводная линия и бумы закреплены на мачте посредством пластин из винипласта толщиной 10 мми U-образных скоб. Элементы антенны крепятся к бумам с помощью дюралевых П-образныхскоб и болтов.

Пассивные элементы резко снизили входное сопротивление антенны. Однако слабо выраженный минимум КСВ был найден. Передвигая перемычку и сдвигая точки подключения кабеля, нашли положение, когда минимум КСВ соответствовал частоте 145 МГц и не превышал 1,2. Длины вибраторов не регулировались.

По сравнению с настройкой одноэлементной антенны настройка трёхэлементной антенны значительно более острая и критичная. Полоса по уровню КСВ

Работа антенны предварительно оценивалась в городских условиях (среди высоких зданий, полностью закрывавших горизонт) при расположении её оси над землёй на высоте всего 1,5 м. По сравнению с четвертьволновым автомобильным штырём она давала прирост сигнала на 2... 3 балла при связях на расстояниях 10...50 км. Направленность в горизонтальной плоскости была ярко выражена. Общее впечатление - антенна работает. Более аккуратные оценки работы Super-J антенны были сделаны на открытой местности в дачных условиях при подъёме антенны на мачту высотой 7 м. Её работа сравнивалась с работой четырёхэлементной антенны "квадрат" с вертикальной поляризацией. Антенны устанавливались попеременно на одной и той же стеклопластиковой мачте в одном и том же месте. Использовались один и тот же кабель в качестве фидера и один и тот же трансивер. Оценивалась работа по открытию и слышимости репитеров, расположенных на расстояниях от 30 до 100 км и оценкам корреспондентов при проведении QSO в прямом канале на расстояниях до 70 км.

В большинстве случаев оценки были очень близкими. Если слышали "квадрат", также слышали и Super-J. Четырёхэлементный "квадрат" имел более узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, поэтому его приходилось более точно направлять на корреспондента для получения максимальной оценки, Super-J почти не поворачивали. Общее впечатление - антенны имеют примерно равные усиления и хорошее подавление заднего лепестка. Испытуемая антенна в два раза легче "квадратов" и имеет существенно меньшие момент вращения и парусность.

Радиолюбители широко используют для работы на УКВ полуволновую антенну с резонаторным питанием. Согласование высокого входного сопротивления полуволнового излучателя с относительно низким волновым сопротивлением коаксиального кабеля осуществляется с помощью четвертьволнового резонатора. Резонатор имеет высокое выходное сопротивление на своем конце, которое зависит от конструкции резонатора, и нагрузки на его конце. Вдоль резонатора сопротивление уменьшается по синусоидальному закону, от максимального на его конце, до нуля на дне резонатора. Это позволяет использовать для питания полуволновой антенны, подключенной к концу четвертьволнового резонатора коаксиальный кабель любого волнового сопротивления.

Четвертьволновый резонатор, обеспечивающий согласование полуволновой антенны с коаксиальным кабелем часто выполняется из двухпроводной линии. Такое построение упрощает конструкцию антенны и облегчает ее наладку. Полуволновая антенна с резонаторным питанием по своему виду напоминает латинскую букву «J». Вследствие этого в различной радиолюбительской литературе эту антенну часто называют «J-антенна».

Необходимо отметить, что «J» антенна появилась в мире в середине двадцатых годов двадцатого века. Первоначально она использовалась для работы на коротких волнах. Примерно до 50 годов, J-антенна еще использовалась в профессиональной радиосвязи. В наше время эта антенна используется только радиолюбителями. Радиолюбители разработали множество различных конструкций «J» антенны, которые могут быть использованы как для полевой работы, так и для стационарных антенн. В этой главе мы рассмотрим наиболее используемые радиолюбителями «J» антенны.

Простая J-антенна

Простая J-антенна с непосредственным подключением коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору показана на рис. 1. Как известно, классическая J - антенна имеет длину излучающей части "А" равную L/2. Эта часть, представляет собой полуволновой вибратор. Входное сопротивление полуволнового вибратора с любого его конца высокое, и в зависимости от практической конструкции излучателя, может составить около тысячи ом в диапазоне 145 МГц. Для питания J-антенны используют подключение коаксиального кабеля к части четвертьволнового резонатора "В".

Рисунок 1. J-антенна с непосредственным подключением коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору

Это наиболее распространенный способ питания J-антенны. Он часто используется при построении стационарных J-антенн выполненных из толстого провода. На конце коаксиального кабеля должен быть установлен высокочастотный дроссель. Это необходимо для предотвращения излучения оплетки коаксиального кабеля, и для устранения влияния оплетки коаксиального кабеля на работу четвертьволнового резонатора.. Высокочастотный дроссель для диапазона 145 МГц может быть выполнен в виде катушки из коаксиального кабеля, содержащей 10 -15 витков, намотанных на каркасе диаметром 20-50 мм, как показано на рис. 2. В настоящее время радиолюбители предпочитают использовать в качестве высокочастотного дросселя 10-20 ферритовых колец, надетых на коаксиальный кабель в месте питания J-антенны, как это показано на рис. 3. Магнитная проницаемость этих ферритовых колец некритична.

Рисунок 2. Простой ВЧ - дроссель

Рисунок 3. ВЧ - дроссель на основе ферритовых колец

Подключение коаксиального кабеля к антенне во время настройки можно довольно просто произвести с помощью “крокодилов” , как это показано на рис. 4, и найти оптимальные точки подключения коаксиального кабеля.

Рисунок 4. Определение точек подключения коаксиального кабеля

Но на самом деле не все так просто! Радиолюбители, которые выполняли J - антенны, знают, сколько труда и времени требует определение точки подключения коаксиального кабеля к резонатору. Кажется, что антенна уже настроена, и сдвиг точки подключения кабеля должен привести к улучшению КСВ антенны, а на практике происходит обратное!

Подключение коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору расстраивает последний относительно его первоначальной или расчетной частоты настройки. Это уменьшает эффективность работы "J"-антенны, приводит к увеличению КСВ в фидере питания. Для устранения этого явления необходимо проводить подстройку четвертьволнового резонатора в резонанс на окончательном этапе настройки антенны. На практике это вызывает определенные затруднения. В итоге, часто J –антенна имеет КСВ в фидере питания в пределах 1,5:1, хотя, при тщательной настройке этой антенной системы, реально достижим КСВ в фидере питания антенны 1,1:1.

На конце J - антенны, даже при мощности радиостанции 0,5 ватта, будет высокое напряжение, достаточное, чтобы вызвать ожог, поэтому необходимо принять меры по предотвращению случайного касания к концу антенны. Можно использовать J - антенны длиной кратной L/2, L, 1,5L, 2L. При экспериментальной проверке оказалось, что применение антенны длиной? увеличивает силу сигнала по сравнению с полуволновой J-антенной на 1,5 дБ, а при использовании антенны длиной 1,5L сила сигнала выросла чуть более 2 дБ по сравнению с полуволновой антенной. В табл. 1 приведены длины вибратора для выполнения J- антенны длиной L/2, L, 1,5L, 2L.

Таблица 1. Длины вибратора J - антенны длиной L/2, L, 1,5L, 2L

J - антенна может работать на третьей гармонике, т.е. антенна, настроенная для работы в диапазоне 145 МГц будет работать на диапазоне 430 МГц. Это делает ее незаменимой при работе «cross band», например, через репитеры или радиолюбительский спутник.

Направленная J-антенна

На основе J-антенн можно строить направленные антенны. В этом случае рефлектор и директор размещают около J-антенны, как это показано на рис. 5 на традиционном для них расстоянии. В зависимости от длины полотна активной части J - антенны можно использовать полуволновые или волновые рефлектор и директор. Определение точек питания четвертьволнового резонатора для направленной J-антенны аналогично как для простой J-антенны. На конце коаксиального кабеля необходимо использовать высокочастотный дроссель.

Полевая J-антенна с комбинированным питанием

При использовании переносной радиостанции из удаленных мест, той укороченной антенны, которая идет в комплекте с радиостанцией, часто недостаточно эффективной для работы. В этом случае совместно с радиостанцией будет успешно работать полуволновая антенна, которая не требует «земли» для своей работы и имеет усиление значительнее большее (до 10 дБ) по сравнению с короткой «резинкой». Полевая антенна, используемая совместно с переносной УКВ радиостанцией, должна легко устанавливаться, легко переноситься, не требовать дополнительной настройки в полевых условиях работы.

Такая J - антенна может быть выполнена из пластикового ленточного кабеля волновым сопротивлением 450 Ом. «Земля» четвертьволнового резонатора припаяна к «земле» антенного разъема. Подключение выхода передатчика сопротивлением 50 Ом к четвертьволновому резонатору выполнено на расстоянии 67 мм от «земли» разъема. Нерабочая жила из ленточного кабеля вытаскивается, в вершине кабеля делается отверстие, через которое привязывается леска. С помощью этой лески антенна может быть растянута в пространстве, подвешена к ветке, к карнизу и т.д. Схема переносной J - антенны из ленточного кабеля показана на рис. 6. При переноске J - антенна может быть свернута, и просто спрятана в карман.

Рисунок 6. Переносная J - антенна из ленточного кабеля

J -антенна при изготовлении ее точно по размерам не требует наладки, и эффективно работает в УКВ диапазоне 145 МГц с низким КСВ. J - антенну возможно подключать к трансиверу через коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом. Связь выхода передатчика с четвертьволновым резонатором в этой антенне комбинированная. Она осуществляется как через магнитное поле петли, так и через подключение к части резонатора.

При ее практическом выполнении антенны желательно использовать двухпроводную ленточную линию волновым сопротивлением 450 Ом. При использовании линии с другим волновым сопротивлением возможно придется изменить точку подключения петли связи к четвертьволновому резонатору. В настоящее время в специализированных магазинах можно приобрести двухпроводные линии передачи с любым стандартным волновым сопротивлением.

Для изготовления J -антенны можно использовать самодельную открытую линию. В этом случае соотношение между расстоянием относительно ее проводником и диаметром проводов, составляющих линию должно быть равно 20 (рис. 7). При использовании самодельной открытой линии без пластиковой изоляции длина четвертьволнового резонатора должна составлять 48 см.

Рисунок 7. Двухпроводная линия передачи

Следует отметить, когда J -антенна выполняется из двухпроводной линии передачи в пластиковой изоляции, то четвертьволновый резонатор должен иметь длину L/4 с учетом коэффициента укорочения в линии, а вибратор должен иметь L/2 (L и т.д.) в свободном пространстве. Недопустимо оставлять вторую жилу кабеля свободной около основного полотна антенны, ее всегда необходимо удалять. В противном случае эффективность работы антенны уменьшится. Возможно параллельное соединение проводников линии J-антенны для выполнения вибратора как это показано на рис. 8. В этом случае полоса пропускания антенны немного расширится. Это упростит настройку антенны.

Рисунок 8. Параллельное соединение проводников линии J-антенны

J-антенна на основе ленточного кабеля является одной из самых простых в выполнении и эксплуатации. Эта антенна позволят работать радиолюбителям из альтернативного QTH, при использовании переносных радиостанций.

Ленточные J - антенны

Мной была выполнена экспериментальная J -антенна из алюминиевой фольги используемой для пищевых продуктов. Эта антенна показала себя эффективной в работе и несложной в настройке. Это позволяет рекомендовать к повторению конструкцию ленточной J – антенны. Описанию ленточной J – антенны будет посвящен следующий параграф.

Ленточная J -антенна была выполнена по размерам, приведенным на рис. 9. На широкую фольгу, предназначенную для приготовления пищи, заранее была наклеена липкая лента типа “Скотч”. Затем при помощи ножниц была вырезана антенна в соответствии с размерами, показанными на рис. 9. После этого полотно антенны было еще раз укреплено лентой типа “Скотч”.

Рисунок 9. Ленточная J - антенна

Секция “А” этой антенны, длиной равной 1 метр, представляет собой излучатель антенны. Четвертьволновой резонатор, выполненный на секции "В", изначально был взят с резонансной частотой немного большей необходимой. Это было сделано для того, чтобы впоследствии была возможность осуществить его настройку с помощью емкостной пластины. Часть "С", длиной равной 1 метр, представляет собой "землю" ленточной J - антенны. Хотя, теоретически, J - антенна вполне может работать без части "С", следовательно, без "земли", но ее наличие улучшает работу антенны. Изменение длины части "С" в процессе настройки позволяет в небольших пределах регулировать значение КСВ и в конечном итоге достигнуть малого значения КСВ в фидере питания антенны.

Как известно, для точного выполнения частей антенны “А”, “В”, “С”, необходимо знать их коэффициент укорочения. Во всех книгах по антеннам, которые были у меня, коэффициент укорочения проводников антенны был приведен только для цилиндрического проводника. Ленточная антенна является плоской антенной, поэтому к ней неприменим коэффициент укорочения для цилиндрических антенн. Также зависит коэффициент укорочения проводников антенны от места расположения антенны, от влияния на нее посторонних проводящих предметов. Мной был принят коэффициент укорочения ленточной антенны первоначально равный 1. Поскольку ленточная антенна располагается в легко доступном месте, ее подстройка осуществляется очень просто, обрезанием части фольги вибратора. Следовательно, нет необходимости выполнять антенну точной длины с учетом коэффициента укорочения.

При определении точек питания ленточной J – антенны я сначала пытался идти традиционным путем ее настройки, подключая коаксиальный кабель к четвертьволновому резонатору с помощью широких "крокодилов". Но через некоторое время экспериментов четвертьволновой резонатор антенны был окончательно испорчен "крокодилами", которые действительно "покусали" фольгу. Стоит в связи с этим заметить, что большие проблемы составляет и пайка алюминиевой фольги, которая понадобилась бы впоследствии для подключения коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору.

Через некоторое время я оставил попытки непосредственного подключения коаксиального кабеля к резонатору и решил применить индуктивную связь коаксиального кабеля с резонатором. Действительно, во многих частотно - разделительных УКВ - фильтрах резонаторного типа, установленных в промышленных УКВ – ретрансляторах, используется индуктивная связь с резонаторами. Почему бы и для ленточной J -антенны не применить ее!

Мной был проведен ряд экспериментов по нахождению оптимальных размеров петли связи коаксиального кабеля с четвертьволновым резонатором. Описание их проведения заняло бы большой объем, поэтому я привожу на рис. 10 готовую конструкцию петли связи. На коаксиальный кабель были надеты 10 ферритовых колец, которые представляли собой высокочастотный дроссель. Этот дроссель препятствует изучению оплетки коаксиального кабеля. На практике это снижает КСВ в фидере антенны и облегчает согласование петли связи с четвертьволновым резонатором. Петля связи была закреплена внизу четвертьволнового согласующего резонатора, как показано на рис. 11.

Рисунок 10. Петля связи ленточной J – антенны

Рисунок 11. Расположение петли связи ленточной J - антенны

J - антенна из фольги, выполненная согласно рис. 9, была наклеена на стену комнаты. Первоначальная настройка антенны заключается в определении длины излучающего вибратора (часть антенны “А”). Для этого измеряя КСВ в фидере антенны в месте подключения коаксиального кабеля к передатчику, и постепенно укорачивая вибратор антенны, добиваются минимального значения КСВ на частоте 145 МГц. Вибратор можно понемногу обрезать сверху острой бритвой, можно просто скатывать его верхний конец в рулон, как это показано на рис. 12. С помощью укорочения вибратора (часть антенны “А”) достигают первоначального минимума КСВ фидере антенны. Этот минимум КСВ может находиться лежать в пределах 2-3. Не нужно бояться этого высокого значения КСВ, нам необходимо достигнуть только его минимума.

Рисунок 12. Укорочение вибратора скатыванием

Следующий этап настройки антенны - подстройка четвертьволнового резонатора в резонанс на частоту 145 МГц. С помощью кусочка фольги, наклеенного на скотч, как производят подстройку резонатора. Фольга играет роль настроечного конденсатора резонатора. Чем ближе к вибратору антенны этот кусочек фольги, тем большую емкость он вносит в резонатор, и тем ниже его частота настройки. Чем ближе к дну резонатора кусочек фольги, тем меньшую емкость он вносит в четвертьволновый резонатор, и тем выше его частота настройки. Реально, с помощью этого кусочка фольги можно менять частоту настройки резонатора в относительно широких пределах. На рис. 13 показан процесс настройки четвертьволнового резонатора.

Рисунок 13. Процесс настройки четвертьволнового резонатора

Перемещением фольги вдоль резонатора, добиваются минимума значения КСВ в фидере антенны. Это довольно легкая подстройка антенны, она не вызывает затруднений. Кусочек фольги двигают с помощью длинной диэлектрической палки, на которую он первоначально прикреплен. Найдя точку положения настроечного кусочка фольги на резонаторе соответствующему минимальному значению КСВ в фидере, с помощью скотча приклеивают этот кусочек фольги на этом месте резонатора.

С помощью настройки четвертьволнового резонатора в резонанс, легко удается достигнуть снижения КСВ в фидере антенны от первоначального значения 2-3 до значения, лежащего в пределах 1,5. Затем, небольшим изгибанием уголков фольги, как показано на рис. 14, дальнейшим небольшим изменением длины вибратора антенны, и, изменением длины земляного вибратора "С", достигают дальнейшего снижения КСВ. В зависимости от желания и упорства радиолюбителя, легко можно достигнуть значения КСВ в фидере лежащем пределах 1,2:1. Может, для снижения КСВ придется немного изменить положение петли связи коаксиального кабеля с четвертьволновым резонатором, или немного изменить ее размеры. Но это возможно лишь в том случае, если есть желание достигнуть значения КСВ в кабеле практически близкого к 1:1.

Рисунок 14. Подстройка четвертьволнового резонатора

После полной настройки антенны, длина части "А" была равна 85 см, длина части "С" была равна 87 см. Настроечный кусочек фольги располагался на расстоянии 23 см от дна четвертьволнового резонатора. КСВ антенны был 1,2:1, полоса работы антенны при увеличении КСВ до 1,6:1 составляла от 142 МГц до 146 МГц. Антенна обеспечивала превосходную работу, большую дальность связи по сравнению со штатной антенной УКВ радиостанции.

Ленточная антенна может быть заклеена обоями, в этом случае она будет полностью невидима постороннему наблюдателю. Для работы совместно с этой антенны петлю связи можно располагать в заранее обозначенном месте.

Антенна из фольги может располагаться на чердаке. Она там может быть просто подвешена за верхний конец вибратора. Антенна может быть использована и для работы в полевых условиях. В этом случае коаксиальный кабель может проходить вдоль "земляного" вибратора. Если фольга антенны с обоих сторон будет обклеена скотчем, то антенна будет представлять собой механически прочную, защищенную от погодных воздействий, конструкцию. В этом случае антенну можно использовать и под воздействием атмосферных условий. В этой конструкции J -антенны мной был использован коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом.